宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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